键盘及接口显示电路 EDA

. . 河南科技大学 课 程 设 计 说 明 书

课程名称

EDA技术

题 目

键盘及接口显示电路

学 院 车辆与动力工程学院 班 级 农业电气化与自动化091 学生姓名 卢浩冉 指导教师 罗四倍

日 期 2012年7月12号 .

. 键盘及接口显示电路 摘 要 本文通过对4×4矩形键盘的信息采集，并能够在数码显示管上显示所按下的信息。通过循环输出行信号，检测列信号输入，将行列信号相并，来达到采集信号的目地，并通过译码在7段数码管上显示出来。此次设计，为了防止抖动引起的混乱，加入了一个防抖动环节。

在译完一个键值后，加了一个计算环节，一旦检测到列信号后，译码，紧跟着进入计数环节，此时键抖动不会进入其他环节，这样可以防止抖动。给精度较高的场合应用提供了良好的条件，为以后高精度的应用创造良好空间。设计中通过按键控制可以显示字符串，例如“HELLO”,较小的改动可以任意显示5个字符，这在广告中的用处随处可见，给现代生活带来了方便。 关键词：键盘扫描 译码显示 字符串.

. 目 录

第一章 绪论 ................................................ 4 §1.1 设计目的和意义 ............................................................... 4 §1.2 设计任务及要求 ............................................................... 4

第二章 总体设计 ............................................ 5

§2.1工作原理 ....................................................... 5 §2.2设计思路 ....................................................... 5 §2.3数码管显示译码模块设计 ......................................... 7 §2.4字符串“HELLO”的模块实现 ...................................... 8 §2.4.1 七段数码管译码扫描显示 ..................................... 8 §2.4.2 原理图 ..................................................... 9 第三章 仿真 ............................................... 10 §3.1 键盘扫描功能的仿真 ............................................ 10 §3.2 字符串的仿真 .................................................. 11 第四章 程序 ............................................... 12 §4.1 键盘扫描程序 .................................................. 12 §4.2 字符串显示程序 ................................................ 20 第五章 结论 ............................................... 24 . . 参考文献 .................................................. 25

第一章 绪论 §1.1 设计目的和意义 本次设计的目的就是通过实践深入理解计算机组成原理，了解EDA技术并掌握VHDL硬件描述语言的设计方法和思想。以计算机组成原理为指导，通过学习的VHDL语言结合电子电路的设计知识理论联系实际，掌握所学的课程知识和基本单元电路的综合设计应用。通过对掌握4×4键盘的扫描的巧妙实现和对字符串的显示过程.巩固和综合运用所学知识，提高IC设计能力，提高分析、解决计算机技术实际问题的独立工作能力。

§1.2 设计任务及要求 1. 键盘扫描功能：能够对矩形键盘信息采集； 2. 显示功能：能够显示相应的按键信息，并能够在按键控制下切换为字符串显示“HELLO”！

3. 掌握数码管工作的原理，并能够对设计的程序进行仿真和测试，以实现相应的功能。. . 第二章 总体设计 §2.1工作原理 可编程器件的KEY_HANG[3..0]行信号输出端不停循环输出“1110”“1101”“1011”“0111”。当没有键按下时可编程器件的KEY_LIE[3..0]列信号输入端检测到的是“1111”。当有按键按下时，如按下1，此时KEY_HANG[3..0]行信号输出为“0111”，即KEY_HANG[3..0]的3管脚为“0”，可由电路看出，此时输入端KEY_LIE[3..0]检测到的将是“0111”。KEY_LIE[3..0]的3管脚为0，可以在编写程序时，将输出信号KEY_HANG[3..0]与输入信号KEY_LIE[3..0]同时判断，比如可以认为当数据“KEY_HANG&KEY_LIE”为“01110111”时，可译码成数据1,。同理可得其他按键的编码。根据不同数据的编码译成不同的数据。

§2.2设计思路 1.循环输出行信号，检测列信号输入，将行列信号相并。

2.译键值。 3.去抖动。在译没一个键值后，为了防止抖动，加了一个计算环节，一旦检测到列信号后，译码，紧跟着进入计数环节，此时键抖动不会进入其他环节，这样可以防止抖动。

4.数码管译码、循环显示。 电路的具体功能罗列如下： . . 1) 采用4×4矩阵键盘作为操作数和操作符的输入设备。 2) 采用2位8段数码管作为输出显示设备，显示按下的数字及简单的功能。 3) 由于所有键盘在按下或者弹起的时候均有按键抖动，所以应该采用去抖电路，当检测到有按键按下去的时候，应该延时20ms后，再进行检测，如果仍有键盘按键被按下去的话，则进行键盘读值。

当CLK_1K上升沿到来时状态转为state0，然后判断列与非后的值，看是否有按键按下，如果有输入数据，则自动启动20ms的计数器，当计满数后，产生一个指示信号，此信号为1bit，高电平有效。当读到此指示信号后，便再次将row信号锁存至寄存器，便得到键盘的一个返回值。如果row没有变化，则state转换为state2，对第二行进行按键扫描。依此类推，扫描第三行与第四行。

因为普通的按键都是接触式的，当按键闭合或释放时，上下接触面都会产生一个很短暂的抖动，如图2.2所示，这个抖动时间一般都会持续5-10ms，虽然这个抖动时间很短，但对于FPGA工作在50M的高频率上的器件来说，还是可以捕捉的到的。为了使CPU对于一次按键操作只处理一次，在软件中必须加入去除抖动处理。如图2.1所示

图2.1 按键闭合时产生的抖动 由图中可以看出，最简单的去抖方法就是每隔一段时间读一次键盘，时间间隔大于. . 10ms即可。如果连续两次检测都有按键被按下，则可以肯定有按键被按下，而且也进入闭合稳定期。

§2.3数码管显示译码模块设计 数码管显示译码电路主要用来对实际的二进制数据装换为8段数码管的实际显示控制码，采用两个2位的8段共阴极数码管，数码管的显示方式有两种：静态显示和动态显示。具体如下:

静态显示方式：所谓静态显示就是指无论是多少位数码管，同时处于显示状态需要的硬件电路较多（每一个数码管都需要一个锁存器），将造成很大的不便，同时由于所有数码管都处于被点亮状态，所以需要的电流很大，当数码管的数量增多时，对电源的要求也就随之增高。所以，在大部分的硬件电路设计中，很少采用静态显示方式。

动态显示方式：所谓动态显示，是指无论在任何时刻只有一个数码管处于显示状态，每个数码管轮流显示。

动态显示的优点是：硬件电路简单（数码管越多，这个优势越明显），由于每个时刻只有一个数码管被点亮，所以所有数码管消耗的电流较小；缺点是：数码管亮度不如静态显示时的亮度高，例如有8个数码管，以1秒为单位，每个数码管点亮的时间只有1/8秒，所以亮度较低；如果刷新率较低，会出现闪烁现象；如果数码管直接与单片机连接，软件控制上会比较麻烦等。

显示译码方式如下： . . 1) 时钟上升沿到来时分别对位选和段选进行译码。 2) 将输入的2bite位选数据译码成4比特数据控制数码管的2位，由于是共阴极数码管要选定相应的数码管则使该位位低电平，其它位为高电平即可，如：0000译码为0111_1111，对应于实验板上的左边第一位数码管。

3) 将输入的4bite段选数据译码为8比特数据控制8个LED的亮灭，最高位接A,最低位接小数点位DP。若要显示0则对应的译码为 8’b1111_1100。 §2.4字符串“HELLO”的模块实现 §2.4.1 七段数码管译码扫描显示 clk：时钟输入端，此信号是串行扫描的同步信号。

data_control[7..0]：8个分别控制数码管显示的输入信号； led_addr[7..0]：对8个数码管进行串行扫描的输出控制信号； seg7_data[6..0]：驱动7段数码管各显示段的输出信号；